DE102010033446B4

DE102010033446B4 - Mercury vapor lamp for homogeneous planar irradiation

Info

Publication number: DE102010033446B4
Application number: DE102010033446A
Authority: DE
Inventors: Alex Voronov; Burkard JUNG; Franz-Josef Schilling
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Excelitas Noblelight GmbH
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: DE102010033446A1; US8400059B2; PL2416346T3; EP2416346B1; EP2416346A3; DK2416346T3; CA2745283C; CA2745283A1; JP2012038729A; US20120032586A1; EP2416346A2

Abstract

Bekannte Quecksilberdampflampen zur flächenhaften Bestrahlung sind mit einem Lampenkolben aus Quarzglas versehen, der einen geschlossenen Entladungsraum mit einem nicht linearen Gasentladungskanal umschließt. Um eine konstruktiv einfache Lampe bereitzustellen, die auch bei geringem Abstand zur zu behandelnden Oberfläche eine möglichst hohe Homogenität der UV-Bestrahlung gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Lampenkolben als eine von geraden Wänden begrenzte Quarzglaskammer mit Unterseite, Oberseite und Seitenwandungen ausgebildet ist und mittels mehrer, von der Unterseite bis zur Oberseite ragender Trennstege aus Quarzglas in Subkammern unterteilt ist, die eine vorderste und eine hinterste Subkammer umfassen und die in Aneinanderreihung den nicht linearen Gasentladungskanal bilden, indem sich die Trennstege wechselweise von einer Seitenwand bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand unter Freilassung eines benachbarte Subkammern fluidisch verbindenden Spaltes erstrecken, wobei die eine Elektrode der vordersten Subkammer und die andere Elektrode der hintersten Subkammer zugeordnet ist.Known mercury vapor lamps for planar irradiation are provided with a lamp bulb made of quartz glass, which encloses a closed discharge space with a non-linear gas discharge channel. In order to provide a structurally simple lamp which ensures the highest possible homogeneity of the UV radiation even at a small distance from the surface to be treated, it is proposed according to the invention that the lamp bulb is formed as a quartz glass chamber with bottom side, top side and side walls bounded by straight walls and by means of a plurality of, from the bottom to the top protruding fins of quartz glass is divided into sub-chambers comprising a foremost and a rearmost sub-chamber and which form in series the non-linear gas discharge channel by the separating webs alternately from one side wall to close to the opposite side wall under Release of an adjacent subchambers fluidly connecting gap, wherein the one electrode of the foremost sub-chamber and the other electrode of the rearmost sub-chamber is associated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Quecksilberdampflampe für eine homogene flächenhafte Bestrahlung, mit einem Lampenkolben aus Quarzglas, der einen geschlossenen Entladungsraum umschließt, in den zwei Elektroden hineinragen, zwischen denen ein nicht linearer Gasentladungskanal verläuft.The invention relates to a mercury vapor lamp for homogeneous planar irradiation, with a lamp bulb made of quartz glass, which encloses a closed discharge space, protrude into the two electrodes, between which a non-linear gas discharge channel extends.

UV-Strahler, wie Quecksilberdampflampen, werden beispielsweise zum Reinigen oder Modifizieren der Oberflächen von Substraten, zur Entkeimung oder zur Aktivierung von Oberflächen eingesetzt. Üblicherweise wird dabei mit UV-Licht im Wellenlängenbereich von 160 bis 400 nm gearbeitet.UV lamps, such as mercury vapor lamps, are used, for example, for cleaning or modifying the surfaces of substrates, for disinfecting or for activating surfaces. Usually, UV light is used in the wavelength range from 160 to 400 nm.

Für eine hochproduktive Fertigungslinie ist eine hohe UV-Lichtintensität im Bereich der zu bearbeitenden Oberfläche notwendig. Auch die Homogenität der UV-Bestrahlung ist für das Bestrahlungsergebnis häufig von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Anwendungen, bei denen die zu bestrahlende Oberfläche nicht relativ zum UV-Strahler bewegt wird.For a highly productive production line, a high UV light intensity in the area of the surface to be processed is necessary. Also, the homogeneity of the UV radiation is often of crucial importance for the irradiation result, especially in applications where the surface to be irradiated is not moved relative to the UV emitter.

Für eine hohe UV-Lichtintensität ist ein möglichst geringer Abstand zwischen Oberfläche und UV-Strahler vorteilhaft. Andererseits erschwert ein geringer Abstand eine homogene Ausleuchtung, da die UV-Strahlungsintensität im Nahfeld der Strahler inhomogen ist.For a high UV light intensity, the smallest possible distance between the surface and the UV radiator is advantageous. On the other hand, a small distance makes homogeneous illumination difficult, since the UV radiation intensity in the near field of the radiator is inhomogeneous.

Stand der TechnikState of the art

Zur Erzeugung einer flächigen Bestrahlung sind beispielsweise aus der DE 34 37 212 A1 und der DE 91 08 294 U1 UV-Strahler bekannt, bei denen der Lampenkolben U-förmig oder mäanderförmig gebogen ist oder die aus Rohrteilen zusammensetzt sind, die in ihrer Gesamtheit U-förmig oder mäanderförmig verlaufen.To produce a planar irradiation are for example from the DE 34 37 212 A1 and the DE 91 08 294 U1 UV lamps are known in which the lamp envelope is bent in a U-shape or meandering or which are composed of pipe parts which extend in their entirety U-shaped or meandering.

Ein in Mäanderform gefalteter Lampenkolben kann jedoch nicht ohne weiteres lückenlos gefaltet werden, so dass zwischen den Schenkeln des Mäanders Lücken entstehen, die die Homogenität der Lichtverteilung beeinträchtigen.However, a lamp flask folded in a meandering shape can not be readily folded without gaps, so that gaps arise between the legs of the meander, which impair the homogeneity of the light distribution.

Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der mehrere lang gestreckte UV-Strahler parallel zueinander und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, ist zwar ein weitgehend homogenes Strahlungsfeld erreichbar. Jedoch sind derartige Strahleranordnungen mit hohem Montage- und Justageaufwand verbunden und die Vielzahl von Lampen und Vorschaltgeräten erfordern außerdem einen hohen konstruktiven Aufwand. Darüber hinaus muss bei Ausfall nur eines einzigen Strahlers häufig der komplette Strahlersatz ausgetauscht werden, um Inhomogenitäten aufgrund unterschiedlicher Alterungsprozesse der Strahler zu vermeiden.In an alternative embodiment, in which a plurality of elongate UV radiators are arranged parallel to one another and in a common plane, a largely homogeneous radiation field can be achieved. However, such radiator assemblies are associated with high installation and adjustment effort and the variety of lamps and ballasts also require a lot of design effort. In addition, if only one single radiator fails, the complete set of radiators often has to be replaced in order to avoid inhomogeneities due to different aging processes of the radiators.

Ein weiterer Strahler mit einem mäanderförmigen Entladungsraum ist aus der WO 95/34087 A1 bekannt, die eine Gasentladungslampe mit einem Entladungsraum, einem darin enthaltenen Füllgas und zwei Elektroden offenbart. Der Strahler ist aus zwei Glasplatten gefertigt. In der ersten Glasplatte sind mäanderförmig verlaufende Auskehlungen vorgesehen, die den Entladungsraum bilden. Die zweite Glasplatte wird zur Abdeckung der ersten Glasplatte verwendet.Another emitter with a meandering discharge space is from the WO 95/34087 A1 which discloses a gas discharge lamp having a discharge space, a fill gas contained therein, and two electrodes. The spotlight is made of two glass plates. In the first glass plate meandering grooves are provided which form the discharge space. The second glass plate is used to cover the first glass plate.

Technische AufgabenstellungTechnical task

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Quecksilberdampflampe bereit zu stellen, die auch bei einem geringen Abstand zur zu behandelnden Oberfläche eine möglichst hohe Homogenität der UV-Bestrahlung gewährleistet.The invention is therefore based on the object to provide a structurally simple mercury vapor lamp, which ensures the highest possible homogeneity of the UV irradiation even at a small distance from the surface to be treated.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Quecksilberdampflampe mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lampenkolben als eine von geraden Wänden begrenzte Quarzglaskammer mit Unterseite, Oberseite und Seitenwandungen ausgebildet ist und mittels mehrer, von der Unterseite bis zur Oberseite ragender Trennstege aus Quarzglas in Subkammern unterteilt ist, die eine vorderste und eine hinterste Subkammer umfassen und die in Aneinanderreihung den nicht linearen Gasentladungskanal bilden, indem sich die Trennstege wechselweise von einer Seitenwand bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand unter Freilassung eines benachbarte Subkammern fluidisch verbindenden Spaltes erstrecken, wobei die eine Elektrode der vordersten Subkammer und die andere Elektrode der hintersten Subkammer zugeordnet ist.This object is achieved on the basis of a mercury vapor lamp with the features of the type mentioned in the present invention that the lamp envelope is formed as a quartz glass chamber limited by straight walls with bottom, top and side walls and by means of several, from the bottom to the top protruding dividers made of quartz glass is subdivided into subchambers which comprise a foremost and a rearmost subchamber and which in series form the non-linear gas discharge channel by the partitions alternately extending from one side wall to close to the opposite side wall leaving an adjacent subchambers fluidly connecting gap, the one Electrode of the foremost sub-chamber and the other electrode of the rearmost sub-chamber is assigned.

Die erfindungsgemäße Quecksilberdampflampe besteht im Wesentlichen aus einer Quarzglaskammer mit beliebigem Querschnitt, der einfach an die Geometrie der zu bestrahlenden Oberfläche anpassbar ist, also beispielsweise rund, rechteckig oder dreieckig. Die Querschnittsgeometrie ergibt sich durch die Geometrie der Oberseite und der Unterseite, wobei die Unterseite gleichzeitig die Abstrahlfläche bildet.The mercury vapor lamp according to the invention essentially consists of a quartz glass chamber of arbitrary cross-section, which is easily adaptable to the geometry of the surface to be irradiated, that is, for example, round, rectangular or triangular. The cross-sectional geometry results from the geometry of the top and the bottom, the underside of which simultaneously forms the radiating surface.

Oberseite und Unterseite sind über gerade Seitenwandungen miteinander verbunden, so dass sich eine geschlossene, zylindrische Quarzglaskammer ergibt. Die Höhe der Seitenwandungen entspricht dem Abstand zwischen Oberseite und Unterseite.The top and bottom are connected by straight side walls, so that there is a closed, cylindrical quartz glass chamber. The height of the side walls corresponds to the distance between top and bottom.

Die Quarzglaskammer ist in mindestens drei Subkammern unterteilt, die in Aneinanderreihung einen nicht linearen, labyrinthartigen, gewundenen Gasentladungskanal bilden. Hierzu sind mindestens zwei Trennstege vorgesehen, die sich über die gesamte Höhe der Quarzglaskammer erstrecken und die wechselweise von einer Seitenwand bis nahe zu einer gegenüberliegende Seitenwand verlaufen und dabei einen Spalt zwischen den benachbarten Subkammern freilassen. The quartz glass chamber is subdivided into at least three subchambers, which in series form a nonlinear, labyrinthine, spiral gas discharge channel. For this purpose, at least two dividers are provided, which extend over the entire height of the quartz glass chamber and which extend alternately from one side wall to near an opposite side wall and thereby leave a gap between the adjacent sub-chambers.

Der Gasentladungskanal verläuft von der vordersten Subkammer zur hintersten Subkammer, wobei in diese jeweils entweder unmittelbar eine der Elektroden hineinragt oder diese mit einem anderen Raum, in den die Elektrode hineinragt, fluidisch verbunden sind.The gas discharge channel extends from the foremost subchamber to the rearmost subchamber, wherein either one of the electrodes either directly projects into the latter or is fluidically connected to another chamber into which the electrode protrudes.

Die Aneinanderreihung der Subkammern füllt die Quarzglaskammer vollständig aus und bildet den Gasentladungskanal. Daher stellt sich über der Abstrahlfläche – abgesehen von schmalen Bereichen um die Trennstege – eine homogene Strahlungsintensität ein.The juxtaposition of the subchambers fills the quartz glass chamber completely and forms the gas discharge channel. Therefore, a homogeneous radiation intensity is established above the emission surface, apart from narrow areas around the separation webs.

Die Quarzglaskammer einschließlich der Trennstege ist aus einfachen Quarz glasteilen zusammengesetzt. Sie ist einfach zu fertigen, erfordert nur einen einzigen elektrischen Anschluss und nur einen geringen Aufwand für Montage und Justierung.The quartz glass chamber including the dividers is composed of simple quartz glass parts. It is easy to manufacture, requires only a single electrical connection and only a small effort for installation and adjustment.

Insbesondere im Hinblick auf eine einfache Konstruktion hat es sich als günstig erwiesen, wenn die vorderste und die hinterste Subkammer jeweils eine Öffnung aufweisen, die mit einem stirnseitigen Ende eines Quarzglasrohres verbunden ist, in welchem eine Elektrode angeordnet ist, deren Stromanschluss über eine gasdichte Quetschung am gegenüberliegenden stirnseitigen Ende aus dem Quarzglasrohr geführt ist.In particular, with regard to a simple construction, it has proved to be advantageous if the foremost and the rearmost subchamber each have an opening which is connected to a front end of a quartz glass tube, in which an electrode is arranged, the electrical connection via a gas-tight pinch on opposite end face is guided out of the quartz glass tube.

Die Elektroden werden hierbei nicht unmittelbar mit den jeweiligen Subkammern am Anfang und am Ende des Gasentladungskanals verbunden, sondern mit separaten Quarzglasrohren, von denen ein Ende mit einer Quetschung zur gasdichten Durchführung des Stromanschlusses für die Elektrode versehen ist. Das so mit der Elektrode versehene Quarzglasrohr muss danach nur noch mit der Quarzglaskammer verschweißt werden. Dies erleichtert die Fertigung der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe.The electrodes are in this case not directly connected to the respective subchambers at the beginning and end of the gas discharge channel, but with separate quartz glass tubes, one end of which is provided with a pinch for gas-tight implementation of the electrical connection for the electrode. The quartz glass tube thus provided with the electrode then only has to be welded to the quartz glass chamber. This facilitates the manufacture of the mercury vapor lamp according to the invention.

In dem Zusammenhang hat es sich besonders bewährt, wenn das Quarzglasrohr ein Rundrohr ist.In this context, it has proven particularly useful if the quartz glass tube is a round tube.

Das Einbringen von Elektroden in Rundrohre über eine gasdichte Durchführung ist eine Standardtechnologie.The introduction of electrodes in round tubes via a gas-tight passage is a standard technology.

Die Quarzglasrohre können mit einer Seitenwand der Quarzglaskammer verbunden sein. Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich jedoch, wenn die Quarzglasrohre mit der Oberseite der Quarzglaskammer verbunden sind.The quartz glass tubes may be connected to a side wall of the quartz glass chamber. However, a particularly compact design results when the quartz glass tubes are connected to the top of the quartz glass chamber.

Es wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe bevorzugt, bei der das Quarzglasrohr aus Quarzglas besteht, das einen Dotierstoff enthält, der für VUV-Strahlung der Wellenlänge um 185 nm eine Absorption bewirkt.An embodiment of the mercury vapor lamp according to the invention is preferred in which the quartz glass tube consists of quartz glass which contains a dopant which causes absorption for VUV radiation of wavelength around 185 nm.

Das Quarzglasrohr (beziehungsweise die Quarzglasrohre) erstreckt sich in der Regel in die der Abstrahlrichtung entgegengesetzte Richtung und trägt zur UV-Behandlung nicht bei. Im Gegenteil, das Quarzglasrohr kann sich in Bereiche und Räume erstrecken, in denen die Abstrahlung von energiereichem UV-Licht unerwünscht ist, sei es wegen Ozonbildung oder wegen UV-Alterung benachbarter Bauteile, wie etwa Dichtungen aus Kunststoff.The quartz glass tube (or the quartz glass tubes) usually extends in the direction opposite to the emission direction and does not contribute to the UV treatment. On the contrary, the quartz glass tube can extend into areas and spaces in which the emission of high-energy UV light is undesirable, either because of ozone formation or because of UV aging of neighboring components, such as plastic seals.

Geeignete Dotierstoffe für die Absorption von VUV-Strahlung sind beispielsweise Titanoxid oder Galliumoxid.Suitable dopants for the absorption of VUV radiation are, for example, titanium oxide or gallium oxide.

Eine besonders einfache Bauform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberseite und die Unterseite der Quarzglaskammer polygonal und die Subkammern quaderförmig ausgebildet sind.A particularly simple design of the mercury vapor lamp according to the invention is characterized in that the upper side and the lower side of the quartz glass chamber are polygonal and the subchambers are cuboidal.

Im Bereich der Trennstege ergibt sich ein gewisser Abfall der UV-Intensität über der Abstrahlfläche. Daher sind die Trennstege so dünn wie möglich und nur so dick wie nötig, wie es die mechanische Stabilität erfordert. Dabei hat es sich bewährt, wenn die Trennstege eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 mm, vorzugsweise maximal 2 mm aufweisen.In the area of the partitions, there is a certain decrease in the UV intensity over the emission surface. Therefore, the dividers are as thin as possible and only as thick as necessary, as required by the mechanical stability. It has proven useful if the dividers have a thickness in the range of 1 to 3 mm, preferably at most 2 mm.

Im konstruktiv einfachsten Fall sind die Trennstege als flache Quarzglasplatten ausgebildet und an der Unterseite und an der Oberseite der Quarzglaskammer angepunktet.In the structurally simplest case, the partitions are formed as flat quartz glass plates and dotted at the bottom and at the top of the quartz glass chamber.

Die Trennstege sind nicht durchgängig mit der Oberseite und der Unterseite verschweißt, sondern nur an wenigen Stellen angepunktet. Dies vereinfacht die Herstellung der Quecksilberdampflampe und vermeidet Verformungen aufgrund des Schweißprozesses. Die Trennstege trennen dabei benachbarte Subkammern zwar nicht gasdicht voneinander; es hat sich aber gezeigt, dass eine gasdichte Trennung auch nicht erforderlich ist. Denn eine Entladung in einem engen Spalt zwischen dem Trennsteg und der Oberseite beziehungsweise der Unterseite ist energetisch ungünstig, so dass die Entladung dem vorgegebenen Gasentladungskanal folgt.The dividers are not continuously welded to the top and the bottom, but only spotted in a few places. This simplifies the production of the mercury vapor lamp and avoids deformations due to the welding process. Although the dividers do not separate adjacent subchambers from each other in a gastight manner; However, it has been shown that a gas-tight separation is not required. Because a discharge in a narrow gap between the divider and the top or the bottom is energetically unfavorable, so that the discharge follows the predetermined gas discharge channel.

Es wird eine Bauform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe bevorzugt, bei der sich die Subkammern entlang einer Längsachse erstrecken, wobei deren Breitenabmessung senkrecht zur Längsachse im Bereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm beträgt. A design of the mercury vapor lamp according to the invention is preferred in which the subchambers extend along a longitudinal axis, the width dimension of which is perpendicular to the longitudinal axis in the range of 5 to 20 mm, preferably less than 15 mm.

Die Subkammern sind dabei länglich ausgebildet und verlaufen im einfachsten Fall von einer Seitenwand zur gegenüberliegenden Seitenwand. Die Höhe der Subkammern ergibt sich aus dem Abstand von Oberseite und Unterseite und ihre Breite – die Abmessung senkrecht zu Höhenabmessung und Längsachse – liegt in einem Bereich, bei dem sich eine optimale Ausfüllung durch die Gasentladung ergibt. Bei Breiten von mehr als 20 mm füllt die Gasentladung die Subkammern nicht vollständig aus, und bei Breiten von weniger als 5 mm sind bei vorgegebener Abmessung der Abstrahlfläche viele Trennwände mit dementsprechend hohem konstruktivem Aufwand erforderlich.The sub-chambers are elongated and extend in the simplest case of a side wall to the opposite side wall. The height of the subchambers results from the distance from top and bottom and their width - the dimension perpendicular to height dimension and longitudinal axis - is in an area in which an optimal filling by the gas discharge results. At widths of more than 20 mm, the gas discharge does not completely fill the subchambers, and at widths of less than 5 mm, many partitions with a correspondingly large design effort are required for a given dimension of the radiating surface.

Im Hinblick auf eine möglichst optimale Ausfüllung der Subkammern durch die Gasentladung hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstand zwischen Oberseite und Unterseite im Bereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm liegt.With regard to the most optimal filling of the subchambers by the gas discharge, it has also proven to be advantageous if the distance between the top and bottom in the range of 5 to 20 mm, preferably less than 15 mm.

Die Subkammern verlaufen im einfachsten Fall entlang ihrer Aneinanderreihung mäanderförmig.In the simplest case, the subchambers run meandering along their juxtaposition.

Zur Erhöhung der im Bereich der Abstrahlfläche zur Verfügung stehenden Strahlungsintensität ist es vorteilhaft, wenn die Oberseite der Quarzglaskammer mit einem Reflektor versehen ist.To increase the radiation intensity available in the region of the emission surface, it is advantageous if the upper side of the quartz glass chamber is provided with a reflector.

Dadurch geht der in Richtung der Oberseite abgestrahlte Strahlungsanteil nicht oder nur zu einem kleineren Teil verloren. Aus dem gleichen Grund ist es auch günstig, die Seitenwände mit einem Reflektor zu versehen.As a result, the radiation component emitted in the direction of the upper side is not lost or only to a smaller extent. For the same reason, it is also convenient to provide the side walls with a reflector.

Bei dem Reflektor kann es sich um ein separates Reflektorbauteil handeln. Besonders bevorzugt ist der Reflektor jedoch in Form einer Beschichtung der Oberseite ausgeführt, wie zum Beispiel in Form einer Schicht aus opakem Quarzglas, die als diffuser Reflektor wirkt.The reflector may be a separate reflector component. However, the reflector is particularly preferably designed in the form of a coating of the upper side, for example in the form of a layer of opaque quartz glass, which acts as a diffuse reflector.

Die Quarzglas-Kammer kann aus synthetisch erzeugtem Quarzglas bestehen und/oder aus Quarzglas, das aus natürlich vorkommendem Rohstoff erschmolzen ist. Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform, bei der die Unterseite aus synthetisch erzeugtem Quarzglas besteht.The quartz glass chamber may consist of synthetically produced quartz glass and / or quartz glass melted from naturally occurring raw material. Has proven particularly useful an embodiment in which the underside consists of synthetically produced quartz glass.

Synthetisch erzeugtes Quarzglas zeichnet sich durch eine hohe Reinheit und eine besonders hohe Transmission für UV-Strahlung aus, insbesondere im Wellenlängenbereich um 185 nm.Synthetically produced quartz glass is characterized by a high purity and a particularly high transmission for UV radiation, in particular in the wavelength range around 185 nm.

Für Anwendungen mit empfindlicher Oberfläche wird vorzugsweise als Quecksilberdampflampe eine Quecksilberniederdrucklampe mit einer Nominalleistung von weniger als 100 Watt eingesetzt.For sensitive surface applications, a mercury vapor lamp with a nominal power of less than 100 watts is preferably used as the mercury vapor lamp.

Quecksilberniederdrucklampen bieten einen ausgezeichneten Wirkungsgrad. Etwa 40% der elektrischen Leistung wird in UVC-Strahlung bei 254 nm und etwa 10% in VUV-Strahlung bei 185 nm umgewandelt. Allerdings können empfindliche Oberflächen bei geringem Abstand zur Abstrahlfläche des UV-Strahlers beeinträchtigt werden, was durch eine geringe Lampenleistung minimiert werden kann.Mercury low pressure lamps offer excellent efficiency. About 40% of the electrical power is converted to UVC radiation at 254 nm and about 10% to VUV radiation at 185 nm. However, sensitive surfaces can be affected at a small distance to the radiating surface of the UV lamp, which can be minimized by a low lamp power.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and a drawing. It shows in a schematic representation in detail:

1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe in einer Vorderansicht, 1 an embodiment of the mercury vapor lamp according to the invention in a front view,

2 die Quecksilberdampflampe gemäß 1 in einer Seitenansicht, und 2 the mercury vapor lamp according to 1 in a side view, and

3 die Quecksilberdampflampe gemäß 1 in einer Draufsicht. 3 the mercury vapor lamp according to 1 in a top view.

Die Quecksilberdampflampe gemäß 1 dient zur Reinigung von statischen, nicht beweglichen Substraten in einer Mikroskopiereinheit. Die VUV-Strahlung bewirkt dabei eine Zersetzung organischer Verunreinigungen im molekularen Maßstab. Der Abstand zwischen der Substrat-Oberfläche und der Quecksilberdampflampe liegt im Bereich weniger Millimeter, so dass sich hohe Anforderungen an die Homogenität der UV-Bestrahlung ergeben.The mercury vapor lamp according to 1 is used to clean static, immobile substrates in a microscopy unit. The VUV radiation causes a decomposition of organic impurities on a molecular scale. The distance between the substrate surface and the mercury vapor lamp is in the range of a few millimeters, so that high demands are made on the homogeneity of the UV irradiation.

Die hierfür eingesetzte Vorrichtung besteht aus einer Quecksilberniederdrucklampe 1, die für eine Nominalleistung von 50 Watt ausgelegt ist. Die Quecksilberniederdrucklampe 1 umfasst eine quaderförmige Quarzglaskammer 2, die durch gasdichtes Verschweißen einer quadratischen Deckenplatte 3, einer quadratischen Bodenplatte 4 und vier gleichen Seitenwänden 5 hergestellt ist. Ihre seitliche Abmessung beträgt 60 mm und ihre Höhe 15 mm.The device used for this purpose consists of a low-pressure mercury lamp 1 , which is designed for a nominal power of 50 watts. The mercury low pressure lamp 1 includes a cuboid quartz glass chamber 2 by gas-tight welding of a square ceiling plate 3 , a square base plate 4 and four equal sidewalls 5 is made. Its lateral dimension is 60 mm and its height 15 mm.

Die Bodenplatte 4, die die Abstrahlfläche bildet, über die die Arbeitsstrahlung auf das Substrat austritt, besteht aus synthetisch erzeugtem Quarzglas. Die Deckenplatte 3 und die Seitenwände 5 bestehen aus Quarzglas, das aus natürlich vorkommendem Rohstoff erschmolzen ist.The bottom plate 4 , which forms the emitting surface through which the working radiation exits onto the substrate, consists of synthetically produced quartz glass. The ceiling plate 3 and the side walls 5 consist of quartz glass, which is melted from naturally occurring raw material.

Der Innenraum der Quarzglaskammer 2 ist mittels dreier Trennstege 6, die dieselbe Höhe wie die Seitenwände 5 haben, in vier längliche, parallel zueinander verlaufende quaderförmige Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d unterteilt. Die Dicke der Trennstege 6 beträgt 2 mm und sie bestehen ebenfalls aus Quarzglas, das aus natürlich vorkommendem Rohstoff erschmolzen ist.The interior of the quartz glass chamber 2 is by means of three dividers 6 , the same height as the side walls 5 have, in four elongated, mutually parallel cuboid sub-chambers 7a . 7b . 7c . 7d divided. The thickness of the dividers 6 is 2 mm and they are also made of quartz glass, which is melted from naturally occurring raw material.

Aus der Draufsicht von 3 ist ersichtlich, dass sich die Trennstege 6 dabei wechselweise von einer Seitenwand 5a bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand 5b erstrecken (und umgekehrt, von der Seitenwand 5b bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand 5a), so dass sich der Innenraum insgesamt als mäanderförmiger Gasentladungskanal darstellt, der aus der Aneinanderreihung der Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d gebildet ist. Der Gasentladungskanal ist in 3 durch den Richtungspfeil 8 symbolisiert. Die einzelnen Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d erstrecken sich entlang einer Längsachse und haben eine Länge von etwa 56 mm und eine Breite von etwa 12,5 mm.From the top view of 3 it can be seen that the dividers 6 alternately from a side wall 5a close to the opposite side wall 5b extend (and vice versa, from the side wall 5b close to the opposite side wall 5a ), so that the interior as a whole represents a meandering gas discharge channel, from the juxtaposition of subchambers 7a . 7b . 7c . 7d is formed. The gas discharge channel is in 3 through the directional arrow 8th symbolizes. The individual subchambers 7a . 7b . 7c . 7d extend along a longitudinal axis and have a length of about 56 mm and a width of about 12.5 mm.

Die Trennstege 6 sind an jeweils drei Stellen an die Deckenplatte 3 und an die jeweils anliegende Seitenwand (5a beziehungsweise 5b) angepunktet. Ihre Länge ist so ausgelegt, dass sie zur gegenüberliegenden Seitenwand einen Spalt 13 mit einer Spaltweite von etwa 7 mm offenlassen, der eine fluidische Verbindung zwischen jeweils benachbarten Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d darstellt.The dividers 6 are in three places on the ceiling plate 3 and to the adjacent side wall ( 5a respectively 5b ). Their length is designed so that they have a gap to the opposite side wall 13 leave open with a gap width of about 7 mm, the fluidic connection between each adjacent subchambers 7a . 7b . 7c . 7d represents.

Die Subkammer 7a bildet den Anfang des Gasentladungskanals 8 und die Subklammer 7d dessen Ende. Anfang und Ende liegen an ein und derselben Seitenwand 5a. Im Bereich dieser Subkammern 7a, 7d ist jeweils die Deckenplatte 3 mit einer Öffnung versehen, die mit einem angeschweißten Rundrohr 9 aus einem mit TiO₂ dotierten Quarzglas mit einem Außendurchmesser von 15 mm verschlossen ist. In den Rundrohren 9 sind Elektroden 10 montiert, deren Stromversorgung 11 über Quetschenden 12 aus den Rundrohren 9 herausgeführt ist.The sub-chamber 7a forms the beginning of the gas discharge channel 8th and the subclass 7d its end. Beginning and end lie on the same side wall 5a , In the area of these subchambers 7a . 7d is each the ceiling plate 3 provided with an opening with a welded round tube 9 is sealed from a TiO ₂ doped quartz glass with an outer diameter of 15 mm. In the round tubes 9 are electrodes 10 mounted, their power supply 11 about squeezing 12 from the round tubes 9 led out.

Aus der Seitenansicht von 2 ist ersichtlich, dass die Rundrohre 9 mitsamt den darin eingesetzten Elektroden 10 jeweils auf der Deckenplatte 3 im Bereich der Seitenwand 5a angeschlossen sind. Die Gasentladung erfolgt über die gesamte Strecke zwischen den Elektroden 9, also auch noch innerhalb der Rundrohre 9, wobei dieser Teil der Gasentladung jedoch zu der Bestrahlung des Substrats nicht beiträgt und nicht zum Gasentladungskanal 8 gerechnet wird.From the side view of 2 it can be seen that the round tubes 9 together with the electrodes inserted therein 10 each on the ceiling plate 3 in the area of the side wall 5a are connected. The gas discharge takes place over the entire distance between the electrodes 9 So also within the round tubes 9 However, this part of the gas discharge does not contribute to the irradiation of the substrate and not to the gas discharge channel 8th is expected.

Die Deckenplatte 3 und die Seitenteile 5 sind an ihrer Außenseite jeweils mit einer Schicht aus opakem Quarzglas versehen, die als diffuser Reflektor wirkt.The ceiling plate 3 and the side parts 5 are each provided on their outside with a layer of opaque quartz glass, which acts as a diffuse reflector.

Die erfindungsgemäße Quecksilberniederdrucklampe 1 ist aus einfachen Bauteilen gefertigt und sie ermöglicht eine besonders homogene UV-Bestrahlung auch im Nahfeld. Denn bei gleicher seitlicher Abmessung ermöglicht diese Konstruktion vier Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d im Gegensatz zu nur drei Schenkeln bei einer mäanderförmigen Faltung des Lampenkolbens.The mercury low-pressure lamp according to the invention 1 is made of simple components and allows a particularly homogeneous UV irradiation in the near field. Because with the same lateral dimension this construction allows four subchambers 7a . 7b . 7c . 7d in contrast to only three legs in a meandering fold of the lamp envelope.

Claims

Mercury vapor lamp for homogeneous planar irradiation, with a lamp bulb made of quartz glass, which encloses a closed discharge space, in the two electrodes ( 10 ) between which a non-linear gas discharge channel ( 8th ), characterized in that the lamp envelope is a quartz glass chamber ( 2 ) with underside ( 4 ), Top side ( 3 ) and side walls ( 5 . 5a ; 5b ) and by means of several, from the bottom ( 4 ) to the top ( 3 ) protruding dividers ( 6 ) of quartz glass in subchambers ( 7a ; 7b ; 7c ; 7d ), which is a foremost ( 7a ) and a farthest sub-chamber ( 7d ) and in series the non-linear gas discharge channel ( 8th ) by the separating webs ( 6 ) alternately from a side wall ( 5a ) close to the opposite side wall ( 5b ) leaving an adjacent subchambers fluidly connecting gap ( 13 ), wherein the one electrode ( 10 ) of the foremost sub-chamber ( 7a ) and the other electrode ( 10 ) of the rearmost subchamber ( 7d ) assigned.

Mercury vapor lamp according to claim 1, characterized in that the foremost ( 7a ) and the farthest sub-chamber ( 7d ) each having an opening which with a front end of a quartz glass tube ( 9 ) in which an electrode ( 10 ) whose power connection ( 11 ) via a gastight bruise ( 12 ) at the opposite end face of the quartz glass tube ( 9 ) is guided.

Mercury vapor lamp according to claim 2, characterized in that the quartz glass tube ( 9 ) is a round tube.

Mercury vapor lamp according to claim 2 or 3, characterized in that the quartz glass tubes ( 9 ) with the top ( 3 ) the quartz glass chamber ( 2 ) are connected.

Mercury vapor lamp according to one of claims 2 to 4, characterized in that the quartz glass tube ( 9 ) consists of quartz glass containing a dopant which causes absorption for VUV radiation of wavelength around 185 nm.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the upper side ( 3 ) and the underside ( 4 ) the quartz glass chamber ( 2 ) polygonal and the subchambers ( 7a ; 7b ; 7c ; 7d ) are formed cuboid.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the partitions ( 6 ) have a thickness in the range of 1 to 3 mm, preferably at most 2 mm.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the partitions ( 6 ) formed as quartz glass plates and at the bottom ( 4 ) and at the top ( 3 ) of the quartz glass chamber are punctured.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the subchambers ( 7a ; 7b ; 7c ; 7d ) extend along a longitudinal axis, wherein the width dimension is perpendicular to the longitudinal axis in the range of 5 to 20 mm, preferably less than 15 mm.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the upper side ( 3 ) and underside ( 4 ) in the range of 5 to 20 mm, preferably less than 15 mm.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the subchambers ( 7a ; 7b ; 7c ; 7d ) meander along their juxtaposition.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the upper side ( 3 ) the quartz glass chamber is provided with a reflector.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the underside consists of synthetically produced quartz glass.

Mercury vapor lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the mercury vapor lamp is a mercury low-pressure lamp with a nominal power of less than 100 watts.